舱内双层液体晃荡特性分析

基于计算机流体力学(CFD)技术,借助流体计算软件STAR-CCM+对舱内双层液体的晃荡特性进行了研究。对双层液体微幅自由晃荡开展数值模拟,计算了自由液面和油水交界面运动固有频率,并与线性势流理论计算结果进行了对比。将数值模拟结果与试验结果进行对比,分析了单、双层液体在不同激励条件下的晃荡特性。结果表明:分层液体每个晃荡模态都存在两个固有频率,且上层液体的固有频率更高,而单层液体仅有一个固有频率且随着黏度增大而降低;相较于单层液体,双层液体的自由表面晃荡更小,且存在一定的相位滞后,从而降低了压力冲击幅值;双层液体油水交界面相对自由表面运动更缓慢,上层液体对下层液体的运动有抑制作用。

液液萃取三重四极杆气质联用检测水中有机氯农药

采用液液萃取三重四极杆气质联用法检测水中有机氯农药,有机氯各物质线性回归方程线性良好,r>0.999,检测下限均低于0.2μg/L,符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)中有机氯要求,在纯水、自来水、地表水中的高低浓度加标回收率为77.2%~120%,精密度为1.35%~9.70%。

船舶与海洋工程流体力学课程课程思政融入及实践

立德树人是教育的根本,为党育人、为国育才是教育的使命。课程思政是落实立德树人根本任务的重要举措。船舶与海洋工程流体力学是船舶与海洋工程、海洋工程与技术专业的一门核心课程。结合课程思政教育目标,对蕴含在各知识点背后、隐含在科学理论深处的课程思政元素进行挖局,形成相应的案例,将其有机融合于课程教学,落实于课程教学的各个环节,激发学生学习积极性,培养学生科学素养和科学家精神,增强其民族自豪感和家国情怀,塑造其正确的世界观、人生观、价值观,鼓励他们立志投身兴船报国、建设海洋强国事业。

“以学习为中心”的课程教学模式探索与实践——以船舶与海洋工程流体力学教学为例

课程组结合船舶与海洋工程流体力学课程教学,围绕“以学习为中心”这一教学理念,充分利用先进的教学技术和手段,进行课程教学组织、网络课程建设,开展线上线下混合式教学。注重激发学生学习的内生动力,培养学生自主学习的能力,解决“学会、会学”的问题。经初步探索与实践“,以学习为中心”的课程教学已显现成效。

KCS标模直航拖曳试验不确定度分析

根据江苏科技大学水池、拖曳系统和测量设备参数,开展缩尺比为1∶70的KCS基准船模直航拖曳试验。按照国际拖曳水池会议(ITTC)试验不确定度分析规程,对KCS设计航速下复合航次的阻力测量以及船体表面波形测量进行不确定度分析。结果表明:在95%置信水平下(k=2),船模试验总阻力的相对不确定度在1%以下,B类总的不确定度对总阻力的影响最大;对于船体表面波形测量不确定度,刻度标注偏差的不确定度所占比重最大。

新一代涡识别方法在大偏航条件下风电机组复杂尾涡辨识中的适用性研究

为进一步了解大偏航条件下串列风力机组的复杂尾流特性,采用4种不同的涡识别方法(第一代Vorticity、第二代Q、第三代Liutex、第三代NewOmega)可视化串列风机组的尾涡结构,以探究新一代(第三代)涡识别方法(Liutex、NewOmega)在风力机大偏航条件下的适用性。首先,基于致动线(actuator line,AL)模型和一种局部动态Smagorinsky(localized dynamic Smagorinsky,LDS)亚格子模型,开发一套精度高、计算成本低的水平轴风力机尾流精细化数值模拟框架(AL-LDS耦合模型框架)。其次,选取NREL-5MW风力机为研究对象,将AL-LDS耦合模型的模拟结果与NREL基准值进行对比,从而验证AL-LDS耦合模型的精度。最后,编写最新的第三代涡识别方法(Liutex、NewOmega)后处理程序,并将新一代涡识别方法应用到大偏航条件下串列风力机组的尾涡辨识中,进而分析多机组间的复杂尾涡流动机理。结果表明:(1)AL-LDS耦合模型具有较高的计算精度;(2)第三代涡识别方法同样适用于大偏航条件下风力机尾涡结构的可视化,且可捕捉到尾流中成对的涡脱落现象以及破碎弱涡结构。

基于改进延迟分离涡方法的潮流能水轮机纵摇运动水动力分析

为探究强迫纵摇运动对浮式潮流能水轮机水动力性能的影响,该文基于改进延迟分离涡模型(IDDES)与滑移网格技术相结合的方法,建立了浮式潮流能水轮机旋转和纵摇耦合运动的CFD数值模型。首先选取潮流能水轮机的水槽试验结果来验证所建立的数值模型的计算精度,其次在不同纵摇频率和纵摇幅值下,对浮式潮流能水轮机开展三维非定常模拟。研究结果表明:(1)水轮机水动力系数(能量利用率系数和轴向载荷系数)的整体波动频率为纵摇频率的两倍,同时伴随着频率为叶轮转频的高频脉动;(2)随着纵摇频率的增加,水轮机平均水动力系数略有增加,而随着纵摇幅值的增加,其平均水动力系数略有减小,但均小于无纵摇工况下的平均水动力系数;(3)在纵摇最大振幅位置处,水轮机各叶片迎流面承受不同程度的水压载荷。纵摇运动对平衡位置和最大振幅位置处的尾迹均有影响,且尾迹出现较为明显的低速区摆动现象。

2,4-D-明胶/壳聚糖/葡甘聚糖复合微球的制备及其性能

以植物生长调节剂2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)为囊芯,以液体石蜡为连续油相,Span-80为乳化剂,戊二醛为交联剂,在W/O型乳化体系中,采用乳化-交联方法成功制备了2,4-D-明胶/壳聚糖/葡甘聚糖复合微球。并考察了明胶、壳聚糖和葡甘聚糖三者的质量比,交联剂戊二醛的用量,乳化剂Span-80的用量,油水比,乳化时间,固化时间等因素对微球的大小和形貌的影响,芯壁材比对包封率的影响。结果表明:当明胶、壳聚糖和葡甘聚糖三者的质量比为1∶1∶1,戊二醛的用量为10 mL,Span-80为2 mL,油水比为1.5∶1,乳化30 min时,制备出的微球形态圆整,表面光滑,球粒适中并有良好的分散性。芯壁材之比为1∶20时,其包封率可达78.3%,且具有良好的缓释性能。该复合微球可望在农业领域得到应用。

加强工程设计与创新能力培养体系建设

以提高船舶工程类大学生实践动手能力、工程设计能力以及科技创新能力为目标,构建了2大平台、3个层次、4种能力的创新型实验教学体系,形成了比较完备的船舶工程设计能力训练体系。在船舶工程大学生创新素质与工程设计能力等方面形成了鲜明的特色,取得了显著的教学成果。

船舶航行性能优化的模糊遗传算法

模糊遗传算法是一种模糊优化与遗传算法紧密结合的优化方法。它兼有模糊优化的考虑到模糊因素从而更能贴近工程的实际情况和遗传算法的全局寻优能力强的特点。本文中模糊优化采用限界搜索法 ,它可针对模糊非线性规划给出一个特定的清晰解。对应特定水平则委托遗传算法进行寻优。为处理等式和不等式混合约束 ,通过惩罚策略将其吸入遗传算法中染色体的适值。本文采用该方法对船舶航行性能进行优化 ,以船舶的快速性、操纵性和耐波性三个航行性能综合最优为目标函数 ,具体做法是取三个性能指标的线性加权和 ,最后建立的数学模型包括三个等式约束和五个不等式约束。根据以上思想本文用 VC+ + 6.0开发了 Ship PO优化平台 ,并在其上进行船舶航行性能优化计算 ,结果表明 ,该方法耗时少 ,全局寻优能力强 。

基于综合航行性能最佳的大型船舶船型参数的一种设计方法(英文)

本文提出了一种在复杂航态条件下基于船舶综合航行性能最佳的船型参数确定方法,编制了计算软件。大量计算结果表明:软件运行稳定性好、可靠性高。使用该软件能方便地得到各设计变量的航行性能综合最优可能性分布函数,该函数直观地反映了船舶最佳综合航行性能随单个设计变量的变化规律,为解决设计变量间对于性能综合贡献量化比较和船舶多航态情况下船舶综合航行性能最佳的船型参数确定提供了一种具有实用价值的方法;为船舶设计方案的综合评估、船舶参数的综合决策和提高船舶设计效率准备了条件。

气泡在水中上升运动的数值模拟

基于流体体积函数(VOF)模型,借助Fluent软件,数值模拟了气泡在水中上升运动.考虑不同初始位置以及气泡大小对气泡在水中运动的影响,监测气泡在不同时刻的变形,分析了速度随时间的变化,并考察了气泡在不同密度比和粘度比的酒精流场和乙醚流场中运动.结果表明:直径大的气泡在上升过程中速度变化较大,上下表面速度差较大,大气泡较不稳定.气泡运动中,底部射流区域的速度先达到最大,然后降低,降低到一定程度会反弹.外部流体与气泡粘度比、密度比、表面张力系数对气泡运动有较大影响.

不同液舱结构形式对晃荡的影响分析

本文就不同液舱结构形式对晃荡所产生的影响进行了分析研究。根据晃荡问题的特点及其液舱结构形式,建立了数学模型。采用有限差分法离散流体运动方程,VOF法追踪自由表面,通度系数概念处理液舱内的障碍物。最后通过编制的计算程序,计算分析了不同结构形式液舱的防晃效果。

变偏角垂直轴水轮机艏摇运动水动力分析

为了研究漂浮式潮流能装置载体的艏摇波浪运动响应对变偏角垂直轴水轮机水动力特性的影响规律,本文采用动网格技术,应用ANSYS CFX软件对均匀来流中水轮机发生旋转和艏摇耦合运动时的水动力特性进行分析,研究不同艏摇频率和艏摇幅值对水轮机水动力载荷的影响规律。研究结果表明:与水轮机仅做旋转运动相比,艏摇使水轮机出现类似卡门涡街的艉迹,且涡间距随艏摇频率的增加而减小;水轮机水动力载荷的峰值包络线均值产生较大波动,波动频率为水轮机艏摇频率,波动幅值随艏摇频率和艏摇幅值的增加而减小;载荷波动范围的最大值随艏摇频率和艏摇幅值的增加逐渐增加,而最小值却逐渐减小。研究结果可为水轮机结构强度校核提供参考。

Level-set法预报液舱内剧烈晃荡引起的冲击压强(英文)

基于Level-set 法就部分装载液体的液舱内剧烈晃荡引起的冲击压强进行了二维数值计算。为了模拟大幅晃荡引起的冲击压强, 重点对数值计算较为敏感的自由液面处的物性参数、初始化方程的求解等进行了数值处理。通过对某一矩形液舱内的液体晃荡的计算, 得到了自由表面位置和压强的时间历经曲线。计算结果同实验值的比较表明: 本方法可以用于计算预报大幅晃荡引起的载荷。

LNG船液舱晃荡压强预报

基于CFD技术,提出了数值预报LNG船薄膜型液舱晃荡压强的方法。流体运动方程由不可压缩的连续方程和N-S动量方程描述,并采用有限体积法进行离散,通过Simple算法求解,其中液体自由表面运动采用VOF技术进行追踪并重构。在中国船舶科学研究中心,以1:55的液舱试验模型为研究对象,开展了试验研究。数值预报结果与试验结果进行了比较,结果显示测点处的压力时间历程与自由液面波形与试验值相当吻合,说明所建立的数值模型可以有效地预报LNG船液舱晃荡载荷。

地效翼气动力特性的数值预报(英文)

本文采用CFD技术,对存在地面效应时二维机翼在粘性流场中的空气动力特性进行了研究。结果表明与模型试验数据相比,基于RANS方程的CFD方法能够准确预报机翼的气动升力和力矩。同时,除相对飞高外,翼剖面的厚度和拱度对地效翼的气动力特性也有重要影响。进而,作者对应用CFD分析或辅助地效翼气动力风洞试验进行了探讨。认为采用固定地板模拟地面效应与采用活动地板的模型风洞试验结果之间有很大差别,而风洞的壁面效应相比较而言可以忽略。

Level-set法在液体晃荡研究中的应用

Level-set法是一种简便、通用、高效的计算分析空间运动界面的数值方法,本文尝试性地将Level-set方法应用于液体晃荡的研究,详细论述了应用该方法模拟液体晃荡的数学模型及数值解法。为了验证该方法处理晃荡问题的正确合理性,首先在势流假定下模拟了释放初始液面引起的自由晃荡,并将液面波动的数值结果与理论解析解进行了比较;然后模拟了二维矩形液箱做简谐横摇运动引起的液体受迫晃荡,计算结果以箱壁不同高度处的压强时间历经给出,并与实验结果进行了定量比较。计算结果初步表明采用Level-set方法研究液体晃荡现象是正确可行的。

自由面条件下水平轴潮流能叶轮水动力研究

为了利用近水面较高的潮流流速,潮流能叶轮一般安装在接近自由面的位置,导致叶轮的水动力特性受到自由面的影响。本文基于CFD方法,通过改变叶尖浸没水深,对水平轴叶轮在自由面条件下的水动力特性展开研究。研究结果表明:叶轮轴向载荷和能量利用率平均值随叶尖浸没水深的增加而增加,并逐渐接近于无自由面时的计算结果;叶轮轴向载荷和能量利用率瞬时值产生波动,波动幅值随叶尖浸没水深的增加而减小;当叶尖浸没水深为0.79D时,轴向载荷系数及能量利用率已基本不随叶片方位角的变化而改变,即自由面已几乎无影响。研究结果可为潮流电站设计及工程应用提供依据和参考。

无奇异边界元法精度分析

采用无奇异边界元法将传统常值面元法中原本直接布置在流体计算域表面网格中心上的奇点移至计算域外部,实现无奇异化.为了分析无奇异边界元法的精度,以类似于经典的圆球绕流为例,对去奇异关键参数进行了详细分析,并将数值模拟结果与文献中解析解进行了对比.研究发现无奇异边界元法可以大幅度提高流场在形状突变处的速度分布精度.